Você já se perguntou por que o aço às vezes racha durante a dobra? Neste artigo, exploramos o fascinante mundo da tecnologia de dobra de aço, revelando as razões por trás de defeitos comuns, como rachaduras nos cantos e no centro. Descubra como as técnicas adequadas e a qualidade do material podem fazer toda a diferença na prevenção desses problemas. Prepare-se para aprender insights práticos que podem aprimorar sua compreensão e aplicação do processamento de aço!
A tecnologia de processamento de dobras é um tipo de tecnologia de processamento de aço amplamente utilizada em vários campos, como fabricação de automóveis, maquinário de engenharia, pontes, navios e construção.
Sob a pressão da matriz superior ou inferior na máquina de dobra, a chapa metálica sofre primeiro uma deformação elástica e depois uma deformação plástica.
No estágio inicial da dobra plástica, à medida que a matriz superior ou inferior dobra a chapa metálica, a chapa metálica gradualmente se encaixa firmemente contra a superfície interna da ranhura em V da matriz superior ou inferior, enquanto o raio de curvatura também diminui gradualmente.
Como a pressão continua até o final do curso, as matrizes superior e inferior entram em contato total com o chapa metálicaformando a curva em forma de V, que é comumente processada por meio de máquinas de dobra e equipamentos de laminação.
A rachadura por flexão é um dos principais defeitos no uso do processamento de aço. De acordo com a localização da rachadura, ela pode ser dividida em rachadura de canto e rachadura central.
Os fatores que causam rachaduras incluem tecnologia de processamento inadequada e defeitos na qualidade do material, que têm um impacto negativo sobre as empresas de produção de aço.
Os pesquisadores analisaram, resumiram e estudaram casos típicos de qualidade e fizeram referência a materiais relevantes para analisar vários fatores que causam rachaduras por flexão e propor medidas de melhoria.
1.1.1 Morfologia macroscópica
A trinca de canto é o tipo mais comum de defeito na trinca por flexão, e geralmente há rebarbas, bordas ásperas, bordas de corte de oxigênio ou corte a plasma bordas na posição de rachadura de canto. Se a borda da peça de trabalho não for jateada com areia ou tratada de forma incompleta durante o processamento de dobra, ocorrerão rachaduras nos cantos, e as rachaduras nos cantos geralmente são curtas e localizadas na área endurecida pelo trabalho do canto.
Defeitos típicos de Q235B e o aço Q355B foram selecionados para análise, e a morfologia macroscópica da trinca de canto é mostrada na Figura 1.
1.1.2 Análise da composição química
Quatro amostras típicas de trincas de canto do aço Q235B e do aço Q355B foram selecionadas para análise da composição química, e os resultados atenderam aos requisitos.
1.1.3 Teste de propriedade mecânica
As propriedades mecânicas das quatro amostras típicas de trincas de canto do aço Q235B e do aço Q355B acima foram testadas, e os resultados são mostrados na Tabela 1 (D é o diâmetro de flexão, a é a espessura da amostra), e os resultados atenderam aos requisitos.
Tabela 1: Resultados dos testes de desempenho mecânico das amostras de aço Q235B e Q355B com rachaduras nos cantos
| Grau de aço | Resistência ao escoamento /MPa | Resistência à tração /MPa | Alongamento após a fratura % | Resultados do teste de flexão |
| Q235B | 310 | 450 | 32 | D=1,5a, 180° intacto |
| Q235B | 315 | 466 | 30.5 | D=1,5a, 180° intacto |
| Q235B | 304 | 436 | 33 | D=1,5a, 180° intacto |
| Q355B | 431 | 557 | 21.5 | D=1,5a, 180° intacto |
1.1.4 Exame metalográfico
O exame metalográfico foi realizado nas posições de trincas das quatro amostras de trincas de canto típicas do aço Q235B e do aço Q355B acima, e os resultados são mostrados na Figura 2. Como pode ser visto na Figura 2, há deformação a frio do grão no tecido na posição de trinca, e há uma estrutura de influência térmica na posição de trinca por corte com oxigênio e corte com plasma.
1.2.1 Morfologia macroscópica
A trinca central geralmente se manifesta como uma trinca não contínua no meio da peça de trabalho, e as trincas geralmente são longas, com alguns casos de trincas curtas. A morfologia macroscópica da trinca central é mostrada na Figura 3.
1.2.2 Análise da composição química
Seis amostras típicas de trincas centrais de aço Q235B, aço Q355B e aço 610L foram selecionadas para análise de composição química, e os resultados atenderam aos requisitos.
1.2.3 Teste de propriedade mecânica
As propriedades mecânicas das seis amostras típicas de trinca central do aço Q235B, do aço Q355B e do aço 610L acima foram testadas, e os resultados são mostrados na Tabela 2, e os resultados atenderam aos requisitos.
1.2.4 Exame metalográfico
O exame metalográfico foi realizado nas seis amostras típicas de trinca central do aço Q235B, do aço Q355B e do aço 610L, e os resultados são mostrados na Figura 4.
Como pode ser visto na Figura 4, há deformação a frio do grão na posição de extrusão da ferramenta de esmerilhamento, e aberturas de arranhões podem ser vistas na raiz de trincas mais longas e retas. As amostras também contêm inclusões de sulfeto agrupadas, segregação central e partículas de oxidação de alta temperatura, descarburação devido à oxidação e características de bolhas.
2.1.1 A influência do diâmetro de flexão
Quando dobragem de açoQuando a espessura do material é constante, a camada externa da área dobrada sofre tensão, enquanto a camada interna sofre compressão. Quando a espessura do material é constante, quanto menor a raio de curvaturaquanto mais severas forem as tensões de tração e compressão no material. Se a tensão de tração no canto externo exceder a resistência máxima do material, ocorrerá rachadura ou fratura, principalmente no meio da peça de trabalho e, às vezes, nos cantos.
2.1.2 A influência das ferramentas de dobra
Se as ranhuras em V das ferramentas de dobra forem ásperas, a peça de trabalho será submetida a forças irregulares ao passar pela máquina de dobra, causando desgaste da superfície ou pressão local, o que leva a defeitos na superfície, seguidos de rachaduras por extrusão. As rachaduras geralmente aparecem retas e longas, com visível deformação a frio dos grãos nas raízes da rachadura.
2.1.3 A influência da logística
Durante o transporte, o carregamento e o descarregamento do aço, podem ocorrer arranhões na superfície, o que destrói a continuidade da superfície do substrato. É provável que ocorram rachaduras na área arranhada durante a flexão. Essas rachaduras geralmente são mais longas e retas, com aberturas visíveis na raiz da rachadura.
2.2.1 A influência de elementos nocivos, inclusões e gases no aço
Durante o processo de fundição, o alto teor de enxofre e fósforo no aço leva a um alto teor de inclusões de sulfeto ou, mesmo que o teor geral não exceda o padrão, esses elementos se agregam localmente e causam uma séria segregação central nas inclusões. Isso leva a uma diminuição da plasticidade e da resistência do aço, tornando-o suscetível a dobras e rachaduras.
Além disso, as microfissuras na superfície do lingote são oxidadas em altas temperaturas durante a laminação, e o alto teor de oxigênio e nitrogênio no aço, especialmente o elemento nitrogênio, forma facilmente TiN com titânio. As partículas de TiN precipitadas ao longo dos limites dos grãos durante a fundição contínua podem causar rachaduras originais no tarugo, o que pode levar a rachaduras durante a flexão.
2.2.2 A influência da qualidade da superfície do aço
As microfissuras e os orifícios de ar na superfície do aço são propensos a rachaduras no local da rachadura sob tensão após a flexão. Várias pequenas rachaduras podem ser visíveis no local da rachadura. arco de curvatura a olho nu.
2.2.3 A influência das propriedades mecânicas e da anisotropia do aço
Quanto melhor for a plasticidade do material, mais estável será a deformação plástica, e quanto maior for o alongamento na ruptura, melhor será o desempenho de flexão. Mesmo que o diâmetro de flexão seja pequeno, não é fácil rachar.
Além disso, as propriedades longitudinais e transversais do aço são diferentes, e a estrutura de faixas longitudinais é mais severa do que a transversal. Isso significa que o índice de plasticidade longitudinal do aço é maior, portanto, ao dobrar ao longo de uma direção perpendicular à direção de laminação, o desempenho de dobra do aço é melhor e menos propenso a rachaduras em comparação com a dobra ao longo da direção transversal.
(1) Soluções para o problema de rachaduras causado por rebarbas, bordas afiadasCorte com oxigênio em áreas de canto: lixe e arredonde manualmente as rebarbas e as bordas afiadas ou use uma máquina de rebarbação para removê-las automaticamente e eliminar a área de processamento endurecida para reduzir a taxa de rachaduras.
Alterar o processo de dobra para a formação de rolo contínuo e, em seguida, corte após a formação para evitar o processamento endurecido causado pelo corte. Corrija defeitos menores por meio de processos de soldagem subsequentes.
(2) Para resolver o problema de raios de curvatura pequenos, o ângulo R deve ser ampliado dentro da faixa permitida do projeto para evitar um raio de curvatura muito pequeno.
(3) Evite arranhões na superfície durante o processo logístico de transporte e descarregamento de materiais de aço.
(4) No processo de fabricação de aço, melhorar a pureza do aço, reduzir o conteúdo e a agregação de inclusões no aço. O processo de sopro de argônio deve ser totalmente utilizado para garantir que os sulfetos maiores no aço sejam completamente flutuados e separados.
O campo de fluxo adequado deve ser mantido durante o processo de fluxo do aço para garantir o campo de fluxo adequado e estável no cristalizador, o que pode remover ainda mais as inclusões no aço e, ao mesmo tempo, evitar a contaminação causada pelo aprisionamento de escória.
Controle razoavelmente a temperatura de fundição, a taxa de extração e a taxa de resfriamento durante a fundição contínua. O uso adequado da tecnologia de prensagem leve e da tecnologia de agitação eletromagnética pode melhorar a qualidade interna do tarugo, reduzir a segregação central e evitar a formação de rachaduras na linha central.
(5) No processo de laminação, reforce o controle dos processos de aquecimento, temperatura de laminação e resfriamento pós-laminação para evitar a formação de estruturas anormais, como a bainita, martensitagrãos grossos e cristais mistos e reduzem a resistência dentro da faixa permitida pelos padrões do produto, melhorando a plasticidade e a tenacidade.
Veja abaixo as respostas para algumas perguntas frequentes:
As rachaduras durante a flexão de metal são causadas principalmente por vários fatores inter-relacionados. Um fator importante são as propriedades e a direção do material, como a direção de laminação do metal. A dobra paralela a essa direção pode aumentar a probabilidade de rachaduras devido ao alinhamento da estrutura do grão. Além disso, metais como o alumínio sofrem endurecimento por trabalho, o que aumenta a fragilidade e a suscetibilidade a rachaduras sob deformação adicional.
O processo de dobra e a geometria também desempenham um papel fundamental. Um raio de dobra apertado pode levar a um estresse de tração excessivo nas fibras externas do metal, podendo exceder a resistência à tração do material e causar rachaduras. As dobras estreitas podem agravar ainda mais esse problema, criando um estado de esmagamento. A qualidade da superfície, incluindo a rugosidade e a direção da rebarba, afeta o limite de alongamento do material, sendo que superfícies mais lisas reduzem a probabilidade de rachaduras.
Fatores externos, como a temperatura, afetam significativamente o processo de flexão. A dobra em temperaturas mais baixas pode aumentar a fragilidade, principalmente em ligas de alta resistência ou materiais endurecidos por trabalho. O pré-aquecimento do metal pode aumentar a ductilidade e reduzir o risco de rachaduras. A qualidade e o alinhamento das ferramentas também são cruciais; ferramentas inadequadas ou desalinhamento podem levar a concentrações de tensão e aumentar o risco de rachaduras.
A escolha da liga certa com maior ductilidade ou projeto específico para dobra, como certas ligas de alumínio, pode atenuar as rachaduras. Aumentar o raio de curvatura, pré-aquecer o material e evitar a deformação excessiva são medidas preventivas eficazes. A compreensão desses fatores e a implementação de estratégias adequadas podem minimizar significativamente o risco de rachaduras durante a flexão de metais.
Para evitar rachaduras ao dobrar metal, vários fatores e técnicas importantes devem ser considerados e implementados. Primeiro, é fundamental selecionar o material apropriado e garantir que ele tenha a dureza adequada; metais mais macios geralmente são mais maleáveis e menos propensos a rachaduras. Dobrar o metal em ângulos retos em relação à direção de laminação também minimiza o risco de rachaduras. É essencial calcular e respeitar o raio de curvatura mínimo com base no material e em sua espessura; por exemplo, o aço normalmente requer um raio de uma a três vezes a espessura da chapa.
Diminuir a velocidade de dobra pode ajudar a reduzir a tensão no material, e garantir que a direção da rebarba seja definida dentro da dobra também pode reduzir as rachaduras. O uso de matrizes pré-formadas que se ajustam ao raio interno desejado pode produzir dobras precisas sem rachaduras. Para determinadas ligas, especialmente o alumínio, o aquecimento do material antes da dobra (dobra a quente) pode torná-lo mais macio e dúctil, reduzindo a probabilidade de rachaduras. Técnicas como o método de fuligem podem ajudar a controlar a temperatura durante esse processo.
A preparação da borda é outro fator importante. A minimização da zona afetada pelo calor (HAZ) durante os processos de corte, como o corte a laser ou plasma, pode evitar que as bordas se tornem muito frágeis. Realizar dobras de teste em peças de amostra antes de trabalhar na chapa de metal real é uma boa prática para garantir que os parâmetros de dobra estejam corretos. Por fim, melhorar a rugosidade da superfície pode aumentar o limite de alongamento do material, tornando-o menos propenso a rachar durante a dobra. Seguindo essas diretrizes, é possível obter resultados mais confiáveis e precisos em seus projetos de metalurgia.
As propriedades do material influenciam significativamente a ocorrência de trincas por flexão em metais. A composição da liga é fundamental, pois diferentes séries (por exemplo, 1000, 2000, 7000) apresentam níveis variados de ductilidade e resistência. As ligas que são tratadas termicamente para aumentar a resistência geralmente têm ductilidade reduzida, o que as torna mais suscetíveis a rachaduras durante a flexão. A ductilidade, ou a capacidade de um material de sofrer deformação plástica antes da fratura, é vital; materiais com baixa ductilidade são mais propensos a rachaduras.
A estrutura do grão também desempenha um papel importante, com grãos grossos ou irregulares proporcionando pontos fracos para o início de rachaduras. O endurecimento por trabalho, que ocorre quando o metal é dobrado, aumenta a dureza, mas diminui a ductilidade, contribuindo para a fragilidade e maior probabilidade de rachaduras. O raio de curvatura é outro fator crítico; curvas apertadas podem criar tensão de tração excessiva nas fibras externas, levando a rachaduras se a tensão ultrapassar a resistência à tração do material. A temperatura também afeta o comportamento da dobra, pois os materiais se tornam mais frágeis e propensos a rachaduras em temperaturas mais baixas. O aquecimento do metal antes da flexão pode melhorar a ductilidade e reduzir os riscos de rachaduras.
Além disso, a deformação por cisalhamento na direção da espessura do material pode criar zonas de cisalhamento que levam a rugas e rachaduras por flexão. A anisotropia do material, em que as propriedades variam em diferentes direções, também afeta a capacidade de flexão. A presença de inclusões e a microestrutura do material podem influenciar ainda mais a probabilidade de rachaduras por flexão. Ao considerar cuidadosamente essas propriedades do material e controlar o processo de flexão, os engenheiros podem minimizar o risco de rachaduras por flexão e garantir a integridade estrutural do produto final.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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